廣西高鐵鋁土礦燒結可行性研究

2011-03-21 01:11:06時國松方覺楊改彥辛紅艷高艷甲

華北理工大學學報(自然科學版) 2011年2期

時國松,方覺,楊改彥,辛紅艷,高艷甲

(河北聯合大學冶金與能源學院,河北唐山0630009)

0 引言

廣西高鐵三水鋁石型鋁土礦屬于特殊礦種,由表1可明顯看出,其鐵和鋁含量都不高,鋁硅比也很低,燒損大。雖然礦石中鐵的品位高于普通鋁土礦,但還遠沒有達到合格鐵礦的邊界品位,鋁的品位也沒有達到目前氧化鋁經濟生產的工藝要求。因此,使用該礦進行單純的冶鋁或冶鐵是沒有經濟效益可言的,必須實現鐵鋁綜合利用才有工業利用價值。要達到鋁鐵的綜合利用,必需使高爐爐渣中盡量多的產生適于冶鋁的12CaO?7A l2O3。而爐料中SiO2的酸性較A l2O3強得多,CaO會優先與SiO2結合,生成正硅酸鈣2CaO?SiO2,剩余的CaO才會參與12CaO?7A l2 O3的形成。若使用普通堿度的燒結礦,就要在高爐中加入大量的石灰石,而石灰石直接入爐會吸收大量的熱量,致使焦比過高。為達到降低焦比的目的,在高爐冶煉和燒結工藝能夠接受的范圍內盡量提高燒結礦的堿度,以減少直接入爐的石灰石量。為此,本文對該礦石的燒結性能進行了研究。

表1 礦石成分/%

1 試驗設備及方法

設備主要由可控高溫電爐、燒結杯、自動升降系統、密封碳化硅管組成,其主體結構如圖1所示。

試驗方法:設定電爐的升溫曲線和恒溫溫度;配料,用小型圓盤造球機將原料混勻并制粒(Φ0.5 mm～Φ3mm);把混勻的原料裝入小燒結杯(用碳化硅制成,耐溫度驟變,可重復使用)中,輕輕壓實,料層高150 mm左右;將裝滿原料的小燒結杯置于升降裝置的碳化硅管上部,并用黃泥將兩者密封,從下部升入爐腔中;通過對法蘭間密封材料的擠壓,使升降裝置與爐管密封,使兩管口間以及外空間都不透氣,保證主體氣流從上至下通過燒結杯散料層;保溫3～4 min后,打開空壓機,用塑膠軟管將壓縮空氣由上部入口處導入碳化硅管內,由上至下經過燒結料層,燒結尾氣由設備底部出口排出;調節氣體流量計,使其穩定,同時通過尾氣取樣化驗成分,以判斷燒結終點,燒結時間約30m in左右;燒結完成后,降下自動升降裝置,將碳化硅管連同燒結杯一起從爐腔中取出,置于支架上,繼續吹風強制冷卻;冷卻完畢,從杯中取出圓柱形燒結礦成品,如圖2所示。

圖1 小型燒結機結構圖

圖2 燒結礦成品

2 試驗結果及分析

根據不同鋁硅比礦石的儲量及開采、生產情況,將三種礦按1:1:1進行混料。焦粉及石灰石均產自當地,其成分如表2、表3所示。

表2 焦粉成分分析/%

表3 石灰石粉成分分析/%

為減少熔劑直接入爐,達到降低焦比目的,故將燒結實驗的堿度范圍定在3.0～8.0之間。根據各原料化學成分進行配料制粒,設定恒溫溫度為1080℃,并按前述步驟進行燒結試驗。最終得到不同堿度試驗結果。

表3 燒結情況統計

由表3可以看出高鐵鋁土礦的燒結需要較高的配碳量,大約高出普通燒結3至4個百分點。出現這種情況的主要原因是該礦的燒損比較大,在燒結過程中,結晶水分解出來帶走了大量的熱。另外,原料中配加的石灰石在燒結過程中的分解也需要不少熱量。因而,8%的配碳量也就成為了燒成與否的分水嶺。

在恒定空氣流量的前提下,不同堿度燒結試驗壓差變化較小,穩定在31 mm左右(見圖3),這說明不論堿度高低,料層的透氣性良好且穩定。由圖4可知,燒結堿度與燒結時間呈負相關關系,而燒結杯的裝料高度是相同的(約150 mm),可推論出垂直燒結速度和堿度之間呈正相關關系。大量石灰石分解,實際存留在燒結杯中的物質隨堿度的升高而不斷減少是導致垂直燒結速度升高的主要原因。雖然燒結時間在減少,但每次試驗成品的重量(見圖5)也在不斷降低,在較低堿度時降幅較大,最終導致生產效率的下滑,其趨勢如圖6所示,7.0、8.0堿度的燒結礦生產效率要比3.0的小1/4左右。